SU1608340A1 - Устройство дл электротермического бурени скважин - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к горной промышленности и предназначено дл  электротермического бурени  твердых сред плавлением. Цель - повышение подводимой к породе мощности при одновременном снижении уровн  избирательности электротермического разрушени . Устройство содержит вращатель, буровую штангу в виде пары коаксиальных трубчатых элементов (ТЭ) 12, 13, установленных с образованием кольцевой полости между ТЭ 12, 13. Торцы 23, 24 ТЭ 12, 13 соединены вплотную с образованием конусной кольцевой полости 25. Торцовые призабойные части 21, 22 ТЭ 12, 13 образуют нагреватель 17. Рабоча  часть штанги имеет кристаллизатор и шламопровод 27. При работе устройства СВЧ-энерги  канализируетс  по волноводу на короткозамкнутые торцы 23, 24, а расплав, шлам породы выдавливаетс  в сторону стенок скважины и шламопровода 27. Возможно бурение льда. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение относитс  к горной промышленности , в частности к устройствам дл  электротермического бурени  скважин, например, плавлением твердой среды (льда).

Цель изобретени  - повышение подводимой к породе мощности при одновременном снижении уровн  избирательности электротермического разрушени .

На фиг.1 показана обща  схема устройства; на фиг.2 - бурова  часть устройства; на фиг. 3 - бурова  штанга с перегородками; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.З; на фиг.5 - перегородка.

Устройство дл  электротермического бурени  скважин имеет (фиг.1) монтажное основание 1, вращатель 2, штангодержа- тель 3, подъемник 4, сальник 5, магнетрон 6, компрессор 7, керносборник 8, буровую

штангу 9 с волноводом 10 дл  канализации СВЧ-энерги и и высокотемпературный пе- нетратор 11.

Бурова  штанга 9 (фиг.З и 4) представл ет собой пару коаксиальных трубчатых элементов 12 и 13, образующих кольцевую полость 14 между ними. Трубчатые элементы 12 и 13 вдоль буровой штанги 9 могут собиратьс  из секций, составл   колонну (не показана) буровых штанг 9,

Наружный 12 и внутренний 13 трубчатые элементы жестко соединены центрирующими перегородками 15, смещенными одна относительно другой в плоскости, перпендикул рной оси 16 штанги 9, и разнесенными в направлении оси 16 на рассто ние, равное длине волны электромагнитного излучени  или превышающее ее. Согласование высоты разноса перегородок 15 с

О

о

00

со N о

линой волны излучени  обуславливаетс  слови ми формировани  магнитного потоа . Чтобы избежать поглощени  и отражеи  электромагнитного излучени  в волноводе 10 от поперечных потоку площа- 5 ок перегородок 15, их выполн ют скошенными , например ,по нескольким плоскост м фиг.5). Секции штанг 9 соедин ютс  в коонну посредством резьбовых соединений не показаны). Высокотемпературный пе- 10 нетратор 11 (фиг.2) состоит из нагревател  17, изготавливаемого из жаростойкого материала , например, молибдена; термоизол тора 18 и кристаллизатора 19, соедин емых со штангой 9 переходником 20. 15 Нагреватель 17 образован торцовыми приза- бойными част ми 21 и 22 трубчатых злемен- тов 12 и 13, а торцы 23 и 24 этих частей 21 и 22 вплотную соединены друг с другом с образованием кольцевой конусной полости 25. 20

Преобразователь электромагнитной энергии в тепловую происходит за счет образующейс  короткозамкнутой нагрузки путем перевода кольцевой цилинрической полости 26 волноводного тракта в конусную полость 25. 25

Термоизол тор 18 выполн етс  из термостойкого материала с низкой теплопроводностью , например нитрида алюмини  и предназначен дл  предотвращени  ухода тепла в трубы штанги 9.30

Кристаллизатор 19 также выполн етс  из термостойкого материала, но с высокой теплопроводностью, например, графита и предназначен дл  охлаждени  и кристаллизации расплава горной породы и формиро- 35 вани  ствола скважины. Шламопровод 27 размещен внутри трубчатого элемента 13.

Устройство работает следующим образом .

После сборки бурового снар да, в состав 40 которого вход т секционный волновод 19 и пенетратор 11, и постановки его на забой скважины включаетс  магнетрон 6. Электромагнитное излучение магнетрона частотой , например, 2-6 ГГц по волноводу 10 45 подаетс  в нагреватель 17 пенетратора 11. Вследствие того, что волновод 10 нагревател  17 выполнен в виде кольцевой конической полости 25, образующей плавный переход от коаксиальной линии к коротко- 50 замкнутому концу, в нагреватель 17 передаетс  основна  часть СВЧ-энергии. При прохождении электромагнитного излучени  через нагреватель 17 в нем за счет потерь происходит преобразование электромаг- 55 нитной энергии в тепловую. При этом вследствие уменьшени  размеров кольцевого сечени  конусной полости 25 нагревател  17 и увеличени  в этой св зи напр женности пол , а следовательно, и потерь наибольшее выделение тепла происходит вблизи торцов 23 и 24, т.е. в месте контакта с разрушаемой горной породой. Тепловой поток контактным путем направл етс  в породу , температура которой на контакте с пенетратором увеличиваетс , достига  тем- пера туры ее плавлени , Температуры плавлени  подавл ющей части горных пород составл ют 1200-1700°С. Порода плавитс , образу  вокруг пенетратора зону 28 расплава . Осевым давлением на пенетратор 11 через штангу 9 образующийс  расплав 28 выдавливаетс  в шламопровод 27, к которому по волноводу 10 подводитс  охлаждающий очистной агент. Дл  прохода очистного агента из полости волновода 10 в шламопровод 27 в теле термоизол тора 18 предусматриваютс  проходы 29.

В зоне внешней поверхности пенетратора 11 поднимающийс  расплав 28 породы, достига  уровн  кристаллизатора 19, тер ет температуру, кристаллизуетс  и образует остеклованный слой 30 на стенках скважины.

В зависимости от величины внутреннего диаметра пенетратора 11 бурение может осуществл тьс  как с отбором горных пород , так и сплошным забоем. Образующийс  керн 31 и гранулированный затвердевший расплав (шлам) 32 выноситс  потоком очистного агента на поверхность.

Возможно использование варианта в виде одного трубчатого элемента 13 без шламопровода 27 (вариант с одной просто конической полостью не показан).

Claims (2)

1.Устройство дл  электротермического бурени  скважин, включающее вращатель, буровую штангу с волноводом дл  канализации СВЧ-энергии, шламопровод и нагреватель, отличающеес  тем, что, с целью повышени  подводимой к породе мощности при одновременном снижении уровн  избирательности электротермического разрушени , бурова  штанга выполнена в виде двух полых коаксиальных трубчатых элементов, причем последние образуют кольцевую полость между ними, при этом нагреватель образован торцовыми прИчЗабойными част ми трубчатых элементов, а торцы этих частей вплотную соединены друг с другом с образованием конусной кольцевой полости между ними.

2.Устройство поп.1,отличающее- с   тем, что трубчатые элементы жестко Св заны между собой с помощью центрирующих перегородок, которые смещены отно- сительно одна другой в плоскости, перпендикул рной к оси штанги, и разнесены в направлении оси штанги на рассто ние не менее длины полуволны магнитного излучени .

/ /////// /Л

У/ /// /// //

/4

Фиг. 5

фиг